东南大学材料成型基础第二章

1、第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变 2.1 2.1纯金属的结晶纯金属的结晶 2.22.2合金的凝固合金的凝固 2.32.3铁碳合金平衡态的相变基础铁碳合金平衡态的相变基础 2.42.4钢在加热时的转变钢在加热时的转变 2.52.5钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 2.62.6焊接接头的相变焊接接头的相变 本章小结本章小结第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.12.1纯金属的结晶纯金属的结晶2.1.12.1.1凝固的基本概念凝固的基本概念 1.1.晶体的结晶晶体的结晶 2.2.非晶体的凝固非晶体的凝固2.1.22.1.2金属的结晶金属的结晶2.

2、1.32.1.3材料的同素异构现象材料的同素异构现象第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变1.1.晶体的结晶晶体的结晶时间时间固体固体液液+固固固体固体温度温度时间时间第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.2.非晶体的凝固非晶体的凝固第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.1.22.1.2金属的结晶金属的结晶3.晶粒大小及控制晶粒大小及控制 晶粒度的概念晶粒度的概念 晶粒大小的控制晶粒大小的控制(增大过冷度、变质处理、振动）2/14/3)/( 1 . 1)/(9 . 0GNZGNZsV1.金属的结晶过程金属的结晶过程2.影

3、响形核和长大的因素影响形核和长大的因素 过冷度的影响过冷度的影响难熔杂质的影响难熔杂质的影响第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变结晶过程结晶过程第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变晶粒度与力学性能的关系晶粒度与力学性能的关系晶粒度晶粒度晶粒数晶粒数/mm2b (Mpa)s (Mpa) (%)6.32374635.3512747044.819429410847.5第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.1.32.1.3材料的同素异构材料的同素异构-Fe - Fe - Fe1394C912C-石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英

4、方石英-石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英870C1470C573C163C180270C1.晶体的同素异构晶体的同素异构2.同质异构同质异构第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变 2.2 2.2合金的凝固合金的凝固2.2.12.2.1二元合金相图与凝固二元合金相图与凝固1.1.匀晶相图匀晶相图 匀晶相图的建立匀晶相图的建立 杠杆定律杠杆定律 枝晶偏析枝晶偏析2.2.共晶相图共晶相图3.3.包晶相图包晶相图4 4其他相图其他相图2.2.22.2.2合金的性能与相图的关系合金的性能与相图的关系2.2.32.2.3铸锭铸锭( (件件) )的凝固的凝固第二章金属材料的凝固

5、与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变匀晶相图的建立匀晶相图的建立第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变合金的结晶过程合金的结晶过程结晶过程中，液相的成分沿着液相线变化，固相的成分沿着固相线变化第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变杠杆定律杠杆定律QL+Q=1QLX+QX=K解方程得解方程得:XXKXXXKXLQXXKXXXXKQKXKXQQL第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变枝晶偏析枝晶偏析枝晶偏析的影响?消除的途径?第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变共晶相图共晶相图共晶转变共晶转变Lc (d+

6、e)冷却曲线及结晶过程冷却曲线及结晶过程共晶转变条件:成分、温度同时满足第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变共晶相图中的组织组成物共晶相图中的组织组成物第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变包晶相图包晶相图第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变其它类型相图其它类型相图WB/%共析相图共析相图Wsi/%镁镁-硅相图硅相图第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.2.22.2.2合金的性能与相图的关系合金的性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系合金的使用性能与相图的关系合金的工艺性能与相图的关系合金的工艺

7、性能与相图的关系第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.2.32.2.3铸锭铸锭( (件件) )的凝固的凝固1-表面细晶粒层表面细晶粒层2-柱状晶粒层柱状晶粒层3-心部等轴晶粒区心部等轴晶粒区影响铸锭影响铸锭(件件)结晶组织的因素结晶组织的因素冷却速度冷却速度加热温度、浇注温度和浇注速度加热温度、浇注温度和浇注速度外加杂质（或变质处理）外加杂质（或变质处理）第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.32.3铁碳合金平衡态的相变基础铁碳合金平衡态的相变基础2.3.1 2.3.1 Fe-FeFe-Fe3 3C C亚稳相图亚稳相图 铁碳合金的相结构与性能

8、铁碳合金的相结构与性能 相图分析相图分析2.3.22.3.2铁碳合金在平衡状态下的相变铁碳合金在平衡状态下的相变2.3.32.3.3含碳量对铁碳合金组织性能的影响含碳量对铁碳合金组织性能的影响2.3.4 2.3.4 Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的应用相图的应用第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.3.1 Fe-Fe2.3.1 Fe-Fe3 3C C亚稳相图亚稳相图第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变1.1.铁碳合金的相结构与性能铁碳合金的相结构与性能铁素体铁素体 F F 奥氏体奥氏体 A A渗碳体渗碳体 FeFe3 3C C奥氏体组织?

9、珠光体莱氏体第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变 铁碳合金相图是研究钢铁材料的成分、相和组织的变化规律以及与性能之间关系的重要工具。 第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变1 1）相区区域）相区区域第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2 2）各特性线）各特性线第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.3.22.3.2在铁碳合金平衡状态下的相变在铁碳合金平衡状态下的相变铁碳合金的分类铁碳合金的分类1.钢的平衡结晶过程钢的平衡结晶过程2.白口铸铁的平衡结晶过程白口铸铁的平衡结晶过程 种类种类 工业纯铁工业纯

10、铁钢钢白口铸铁白口铸铁 亚共析钢亚共析钢 共析钢共析钢 过共析钢过共析钢 亚共晶白亚共晶白口铁口铁 共晶白共晶白 口铁口铁 过过共晶白口共晶白口铁铁 含碳量含碳量/%/% 0.0218350C)或F、FeXC(350C) 单相:F(C)合金元素的分布合金元素扩散，重新分布合金元素不扩散合金元素不扩散 相变的完全性相变可在恒温下进行到底恒温下相变的完全程度与转变温度有关。温度越低，转变越不充分，有A残存在。主要在连续冷却过程中进行，相变不彻底，有A残存在。第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变2.62.6焊接接头的相变焊接接头的相变2.6.12.6.1焊缝缺陷焊缝缺陷 气孔

11、气孔 非金属夹杂物非金属夹杂物 裂纹裂纹 未焊透未焊透 咬边咬边 焊缝焊缝金属化学成分不均匀金属化学成分不均匀 柱状晶组织柱状晶组织2.6.22.6.2热影响区内的组织变化热影响区内的组织变化低碳钢焊接时热影响区内的组织变化低碳钢焊接时热影响区内的组织变化0_焊缝焊缝1_熔合区熔合区2_过热区过热区3_重结晶区重结晶区4_部分相变区部分相变区 5_基体金属基体金属热热影影响响区区第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变本章小结本章小结 本章主要介绍了纯金属结晶、合金结晶的基本过程形核、核长大），影响形核、长大的因素（过冷度、高熔点难熔杂质），影响和控制晶粒大小的因素（V冷、

12、变质处理）。还重点介绍了相图，根据相图分析合金的冷却过程，合金性能与相图的关系；重点介绍了铁碳合金状态图及其应用；重点介绍了钢在冷却过程中的转变。一般介绍了焊接接头的相变。第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变思考题思考题2-1金属结晶的基本规律是什么?晶核的N和G受到哪些因素的影响?2-2为什么材料一般希望获得细晶粒?细化晶粒的方法有哪些?2-4已知A(熔点685)与B(熔点560)二组元在液态时无限互熔;在320时,A溶于B的最大溶解度为31%,室温时为12%,但不溶于A;在320,含42%B的液态合金发生共晶反应.要求: 作出AB合金相图; 分析含A为25%时合金的结晶过程.2-5为什么铸造合金常选用共晶成分合金?而塑性加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?2-8何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体？它们的结构 、组织形态性能等各有何特点？2-9分析含碳量分别为0.45%、1.0%、3%、4.7%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程，并画出室温下的显微组织示意图。2-10根据铁碳相图计算：室温下含碳0.45%的钢中珠光体和铁素体各占多少?室温下含碳1.0%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少; 铁碳合金中,二次渗碳体的最大百分含量。第二章金属材料的凝固与固态相第二章金属材料的凝固与固态相变变思考题思